cvičení 5

CZ.1.07/2.2.00/15.0426 Posílení kvality bakalářského studijního programu Stavební Inženýrství
BT56 CVIČENÍ 5
Solární termické systémy pro přípravu teplé vody
POKLADY PRO SAMOSTATNÉ ÚLOHY
Denní a měsíční potřeba tepla pro přípravu teplé vody
Návrh solárního systému pro přípravu teplé vody
Denní dávka na plochu dané orientace a sklonu (kWh/m2den), pro každý měsíc
Denní měrný tepelný zisk (kWh/m2den), pro každý měsíc
qK = ηK.HT,den
Aperturní plocha (solárně účinná) - pro měsíc, ve kterém požadujeme solární pokrytí
p
10 až 50 m2
0,1
50 až 200 m2
0,05
Počet kolektorů
Skutečná aperturní plocha
Aks = A1k . Pks
Velikost zásobníku (ů)
Vz = cca (1,3 až 1,5) . Vden
Bilance solárního systému pro přípravu teplé vody
Měsíční teoretický využitelný tepelný zisk kolektorové plochy (pro každý měsíc)
Využitelné tepelné zisky solární soustavy (měsíční)
Solární pokrytí (solární podíl) za rok
SAMOSTATNÉ ÚlohY
1. Stanovte denní a měsíční potřebu tepla pro přípravu teplé vody pro ubytování - studentské koleje.
Kapacita studentů 80 osob, letní obsazenost 80 % (červen až září).
40 l/os.den, léto 25 l/os.den
Způsob přípravy teplé vody - centrální zásobníkový s cirkulací řízenou z=0,30
2. Navrhněte kolektorové pole pro přípravu teplé vody pro ubytování - studentské koleje, viz. př.1. Navrhněte velikost zásobníku TV.
Orientace - jih, sklon 90o(studenti), sklon 30o(studentky)
Stanovte využitelné zisky navržené solární soustavy a solární pokrytí.
Pro jednotlivé měsíce znázorněte teoretický měsíční využitelný zisk a měsíční potřebu tepla na přípravu teplé vody graficky.
Pomůcky: Topenářská příručka 3, příloha 3, 5, 10
Příklad grafického výstupu
3. Nakreslete schéma zapojení kolektorového okruhu.
8
7
6
5
4
3
2
1
xxx l
xxx l
DOPLNIT PRVKY
DOPLNIT PROPOJENÍ A PRVKY NA STRANĚ VODOVODU
Dimenzování solárních systémů 2011 Účinnost kolektorů
Příprava TV, Podpora vytápění,
Ohřev bazénové vody Obecná rovnice účinnosti ηo [-] vyjadřuje účinnost solárního kolektoru při nulovém teplotním spádu (průsečík s osou účinnosti, někdy označován jako optická účinnost),
směrnice a1 ,U1 [W/m2.K] je lineární součinitel tepelné ztráty kolektoru (analogie součinitele prostupu tepla)
křivost a2 , U2 [W/m2.K2] je kvadratický součinitel tepelné ztráty kolektoru (vyjadřuje zvýšení tepelných ztrát vlivem sálání). Střední teplota teplonosné kapaliny Závislost na venkovních klimatických podmínkách (sluneční ozáření G, venkovní teplota te) a provozních podmínkách (střední teplota teplonosné kapaliny tm). τ [-] je propustnost zasklení,
α [-] je pohltivost absorbéru τ.α Termální solární systémy Účinnost solárních kolektorů G je sluneční ozáření, ve W/m2 ,
Ak vztažná plocha kolektoru, obvykle plocha apertury kolektoru, v m2. Účinnost = poměr tepelného výkonu odváděného teplonosnou látkou z kolektoru k "příkonu" (sluneční záření dopadající na kolektor ) Křivky účinnosti - typické K ploše v závislosti na (tm – te)/G
Typické v závislosti na (tm – te) K ploše Typické pro hodnotu slunečního ozáření 800 W/m2 Účinnost kolektoru se mění v průběhu provozu.
Je závislá na
konstrukci kolektoru a vlastnostech prvků z nichž je vyroben (zasklení, rám, izolace, absorbér)
provozních podmínkách (průtoku a teplotě teplonosného média)
klimatických podmínkách (intenzitě ozáření, úhlu dopadu, teplotě okolního vzduchu,....) OPAKOVÁNÍ
Základní rozdělení kapalinových solárních kolektorů
Absorbéry bez transparentního krytu (nekrytý kolektor)
Plochý kapalinový kolektor neselektivní
Selektivní kolektor plochý
Plochý vakuovaný kolektor
Trubicový vakuovaný kolektor (vakuové trubice) - jednostěnné, Sydney
Koncentrační kolektor (s bodovým, lineárním ohniskem) Solární systémy termální s nemrznoucí směsí, nuceným oběhem, uzavřené
podle provozních podmínek
s nízkým průtokem
s vysokým průtokem
s proměnlivým průtokem Velký průtok (High-Flow)
Nízký průtok (Low – Flow) Systém s vysokým průtokem je systém standartní, typizovaných soustav např. pro RD. Průtok 30-70 l/h.m2 kolektorové plochy. V kolektoru dojde ke zvýšení teploty při maximálním slunečním záření o méně než 15 oC (zpravidla o 8-12 oC). Teplonosná látka musí systémem oběhnout několikrát k dosažení požadované teploty. Při přerušovaném svitu ji nemusí dosáhnout vůbec. Zásobník se nabíjí postupně a pomalu. Kolektor je provozován s vyšší účinností. Řazení kolektorů převážně paralelně. Větší dimenze potrubí. Vyšší tlakové ztráty. Systém s nízkým průtokem je kolektorová soustava pracující s průtokem 8až 15 l/h.m2 (do 20 l/h.m2 ) kolektorové plochy, což je hodnota značně nižší než u klasických soustav. Snížením průtoku se teplota teplonosné kapaliny v kolektoru značně zvýší (až o 50oC). Kolektory jsou řazeny do série. Díky menšímu průtoku není ani u větších polí vysoká tlaková ztráta na kolektorech. Potrubí je menší dimenze (nižší ztráty tepla, úspora materiálu). Spotřebitel má k dispozici rychleji teplotu vody na požadované úrovni. Toto teplo je však nutné uložit do odběrové vrstvy v zásobníku, kde je k dispozici. V tomto systému jsou provozovány převážně velké soustavy. Při dobrém vrstvení jsou vyšší solární zisky. Při použití pro malé systémy narůstá pořizovací cena (stratifikační zásobník). Stratifikační zásobníky Stratifikace (vrstvení) – ukládání tepla do vrstvy odpovídající teploty. Výsledek – v horní části teplota vyšší, teplo je k dispozici v průběhu nabíjení.
Stratifikace přirozená – u vysokých štíhlých zásobníků
Řízená – ventily (otevírají cestu do vrstvy dle teploty)
Samočinné trubkové vestavby (voda je přiváděna pod vrstvu s nižší hustotou, pracují na základě rozdílu hustot). Nutná nízká rychlost v přívodním potrubí. Stratifikace je možná u teplé vody nebo u otopné vody. Od solárního systému je toto médium odděleno teplosměnnou plochou (výměníkem). Systém s nízkým průtokem Kolektorové pole – spojování kolektorů do větších celků Sériové - pro soustavy s nízkým průtokem, vyšší výstupní teplota
Sérioparalelní a paralelní – soustavy s vyšším průtokem Zohledňující vlivy – hydraulická rovnováha a rozumné tlakové ztráty. Příprava teplé vody Denní potřeba teplé vody (Vden) (m3/den) Měřené hodnoty u stávajícího objektu (odečet kalorimetru, vodoměru)
Předpoklad u novostaveb
rozbor provozu
dle typu objektu, tab. l/os.den 0-10 Administrativa l/os.den 5-10 0 Školy l/os.den 25-50 20-25 (0 – mimo provoz) Koleje, internáty l/os.den 30-60 30-35 Domovy důchodců l/os.den 30-60 30-35 Nemocnice Zbylá část roku Letní vytížení l/sprchu.den 100 60 30 Sportovní zařízení 35 15 20-40 Střední standart l/lůžko.den l/místo.den l/os.den 70 30 40-80 Vysoký standart 5 Restaurace 10-20 RD, BD 20 Ubytování Nízký standart Denní potřeba tepla na přípravu teplé vody (QTV den ) Z přirážka na tepelné ztráty při přípravě a provozu teplé vody (kWh/den) zásobníkový ohřev bez cirkulace 0,15
centrální zásobníkový s cirkulací řízenou 0,30
centrální zásobníkový s nepřetržitou cirkulací (0,5 až 1)
systémy CZT 2 a více Studená vody 10/15, teplá voda 55/60 výpočtový rozdíl teplot 45 K. Zásobník TV Vz = cca (1,3 až 1,5) . Vden (m3) Podpora vytápění a příprava teplé vody Potřeba tepla pro vytápění dle ČSN EN ISO 13 790 – měsíční metoda se zahrnutím zisků okny, vnitřních, vlivu akumulace budovy, či jiných prvků (Trombeho stěna,...) denostupňová metoda s následným rozdělením / přepočtem dle měsíců Zjednodušená denostupňová metoda pro stanovení denní potřeby tepla pro vytápění na základě středních měsíčních venkovních teplot (kWh/den) z tepelné ztráty objektu střední v daném měsíci výpočtová Obvykle pro RD, BD tipm = tip (20 oC) z měrné potřeby tepla na vytápění bez zohlednění účinnosti zdroje, zisků, akumulace objektu se zohledněním zisků, akumulace objektu (stupněm využití zisků) – pouze odhad ε 0,75 objekt vyhovující požadavkům ČSN 730540
0,60 NED
0,5 PD v ztráty akumulačn